MICROBIOLOGICAL SOURCE TRACKING BAKTERI Escherichia

MICROBIOLOGICAL SOURCE TRACKING BAKTERI Escherichia coli
DENGAN METODE ANTIBIOTIC RESISTANCE ANALYSIS
DI SUNGAI CISANGKUY
MICROBIOLOGICAL SOURCE TRACKING OF Escherichia coli BY
ANTIBIOTIC RESISTANCE ANALYSIS METHOD
IN CISANGKUY RIVER
Kun Riana Aplika1 dan Herto Dwi Ariesyady2
Program Studi Teknik Lingkungan
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung,
Jl Ganesha 10 Bandung 40132
1
[email protected] dan [email protected]
Abstrak: Kegiatan pemukiman, agrikultur, dan indsutri yang berkembang pesat di daerah aliran sungai
mempengaruhi kualitas Sungai Cisangkuy. Salah satu faktor yang menyebabkan hal ini adalah kontaminasi
oleh pencemar biologis. Sumber dari pencemar ini biasanya tidak dapat diketahui atau dikelompokkan sebagai
pencemar non-point source. Microbiological Source Tracking (MST) mencakup teknik yang dapat digunakan
untuk melacak sumber dari suatu bakteri pencemar. Apabila sumber telah dietahui, metode pengelolaan
lingkungan yang tepat dan efisien dapat lebih mudah ditentukan. Antibiotic Resistance Analysis (ARA) adalah
salah satu metode MST yang dapat membedakan bakteri yang sama namun dari sumber yang berbeda melalui
perbedaan profil resistensi bakteri tersebut terhadap antibiotik. Pelacakan terhadap bakteri Escherichia coli
dilakukan di sepanjang Sungai Cisangkuy yang dibagi menjadi tiga segmen. Jumlah coliform dan fecal coli
terbanyak terdapat pada segmen Banjaran. Metode ARA dilakukan pada isolat dari setiap segmen
menggunakan sepuluh jenis antibiotik. Sumber Escherichia coli dikelompokkan menjadi manusia, sapi,
kambing, dan ayam. Hasil ARA menunjukkan bahwa sumber Escherichia coli dominan dari setiap segmen
Sungai Cisangkuy adalah feses sapi. Hasil identifikasi ini dapat digunakan untuk mempertimbangkan prioritas
dalam pencegahan pencemaran biologis langsung ke sumbernya dengan membangun sarana pengolah limbah
fekal ternak yang layak pada daerah Sungai Cisangkuy.
Kata kunci: Antibiotic Resistance Analysis, Cisangkuy, Escherichia coli, fecal, Microbiological Source
Tracking
Abstract: The rapid development of municipal, agriculture, and industry activities along the river affects the
quality of this Cisangkuy River. One of the main causes is biological contamination. The sources of this
contaminant are usually unknown and this pollutant is usually grouped as non-point source pollutant.
Microbiological Source Tracking (MST) includes the techniques which are able to determine the sources of the
contaminant bacteria. With the identified sources, the effective and efficient environmental management
methods are easier to decide. Antibiotic Resistance Analysis (ARA) is one of MST methods which can
distinguish the same bacteria from different sources by their resistance profile to the antibiotics. The tracking of
Escherichia coli sources are performed along Cisangkuy River, which divided into three segments. The highest
number of coliform and fecal coli is found at Banjaran segment. ARA method is performed to isolate from each
segment by using ten antibiotics. Escherichia coli sources are grouped as human, cow, goat, and chicken. ARA
results shows tha Escherichia coli’s dominant sources in every segment is cow feces. This result can be used in
determining the priority of the management of the sources to decrease the biological pollutant, such as installing
the cattle’s feces or waste-treatment facility.
Keywords: Antibiotic Resistance Analysis, Cisangkuy, Escherichia coli, fecal, Microbiological Source
Tracking
.
1
PENDAHULUAN
Seiring dengan perkembangan bidang agrikultur, pemukiman, dan industri membuat
kualitas sungai yang mengaliri kota Bandung menjadi semakin buruk, termasuk salah satunya
Sungai Cisangkuy. DAS Cisangkuy mengalir dari kecamatan Pangalengan menuju pertemuan
dengan sungai Citarum Hulu di kecamatan Baleendah. Sungai Cisangkuy ini dipergunakan
sebagai sumber air bersih PDAM Tirta Raharja untuk wilayah layanan kota Bandung. Selain
itu juga terdapat PLTA Plengan , PLTA Lamajan, dan PLTA Cikalong yang menggunakan
aliran sungai Cisangkuy sebagai sumber airnya. Daerah tangkapan sub-DAS Cisangkuy
seluas 280,95 km2 dengan panjang sungai 18,80 km. Tata guna lahan di sepanjang aliran
sungai Cisangkuy bervariasi, namun didominasi dengan daerah hutan, ladang, perkebunan,
dan pemukiman serta sawah irigasi. Di daerah aliran sungai Cisangkuy terdapat juga
peternakan, terutama di kecamatan Pangalengan yang banyak terdapat peternakan sapi perah.
Salah satu kualitas air yang menjadi perhatian adalah kualitas biologisnya.
Kontaminasi oleh pencemar biologis pada air dapat menimbulkan berbagai penyakit pada
penggunanya.Pencemaran oleh mikrobiologi dapat berasal dari kegiatan rumah tangga,
peternakan, maupun pertanian. Metode analisa air biasa tidak mampu untuk mengenali
sumber dari pencemar mikrobiologi ini sehingga pencemaran ini seringkali dikelompokkan
ke dalam polutan non-point source.
Polutan non-point source biasanya hasil dari presipitasi, deposisi atmosfer, limpasan
lahan, infiltrasi, drainase, rembesan, ataupun modifikasi hidrologi (US EPA, 2005).
Pengendalian polutan kelompok ini akan lebih sulit dilakukan dibandingkan dengan polutan
point-source. Upaya pencemaran hanya dapat dilakukan jika sumber pencemar telah
diketahui (Bitton, 2005). Sulitnya mengidentifikasi sumber polutan mikrobiologis non-point
source ini membuat Microbiological Source Tracking (MST) menjadi teknik yang penting
dalam pengelolaan lingkungan yang efektif (Stoeckel, 2005). MST merupakan metode yang
bertujuan untuk mengidentifikasi, dan dalam beberapa kasus menghitung, sumber dominan
dari kontaminan fekal pada sumber air (Stoeckel & Harwood, 2007).
Sampai saat ini, banyak pendekatan MST yang telah dikembangkan untuk
menghubungkan berbagai hewan terhadap polutan fekal di lingkungan air. MST didasarkan
pada asumsi bahwa dengan metode yang benar maka sumber dari polutan dapat ditentukan.
Secara umum, metode MST data dikelompokkan atas metode library dependent dan library
independent. Metode library dependent membutuhkan perkembangan database dari pola
genotip atau fenotip untuk isolat bakteri dari sumber fekal. Pola isolat dari air ynag
terkontaminasi lalu dibandingkan dengan data library ini untuk diklasifikasi (US EPA, 2005).
Sumber potensial dari bakteri fekal dibagi menjadi tiga kategori utama, yaitu manusia,
peternakan, dan satwa liar. Setiap bakteri fekal mempunyai karakter yang unik karena
lingkungan dan tekanan yang berbeda bagi bakteri fekal dari tiap sumber (EPA, 2002).
Lingkungan dapat dipengaruhi oleh suhu, jenis makanan, dan sistem pencernaan yang
dimiliki organisme sumber (Shank, 2005). Sekarang ini, teknologi MST masih dikembangkan
untuk membedakan suatu mikroorganisme yang sama dari sumber berbeda dengan
karakteristik khusus yang dimilikinya. Karakteristik yang dimaksud dapat berupa pola
resistensi antibiotic, penggunaan karbon, pola urutan ribotyping, dan PCR (Bitton, 2005)
Resistansi antibiotik telah dikembangkan sebagai sebuah metode untuk melacak
sumber berdasarkan fenomena bahwa bakteri dari sumber yang telah terpapar antibiotik akan
2
memiliki resistensi terhadap antibiotic tersebut, dan dari hipotesa ini disimpulkan bahwa
tekanan selektif ini dapat menjadi mekanisme untuk membedakan bakteri fekal dari sumbersumber yang berbeda (US EPA, 2005). Profil resistensi mikroba yang telah diketahui
sumbernya dijadikan library dan dibandingkan dnegan profil resistensi dari sampel air.
METODOLOGI
Dalam menentukan sumber dari bakteri Escherichia coli yang tersebar di Sungai
Cisangkuy, Citepus, Ciwidey, dan Cibiuk dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut:
a. Sampling, pemurnian, dan kultivasi isolat Escherichia coli dari titik sampling yang
telah ditentukan sepanjang Sungai Cisangkuy.
b. Sampling, pemurnian, dan kultivasi isolat Escherichia coli dari feses ayam, kambing,
sapi, dan manusia yang berada di sekitar Sungai Cisangkuy sebagai data library.
c. Melakukan pengujian karakteristik kimia-fisika air sungai dan penghitungan JPT
terhadap air sampel sungai.
d. Uji resistensi antibiotik dengan menggunakan disk diffusion method.
e. Analisis statistik untuk menentukan sumber pencemar menggunakan regresi logistic
dengan mengelompokkan isolat dari sampel air sungai berdasarkan kedekatan dengan
profil resistensi dengan isolat dari feses.
Penelitian dilakukan di sepanjang Sungai Cisangkuy yang dibagi menjadi tiga segmen
dengan keterangan pada Tabel 1 dan gambar peta pada Gambar 1.
Gambar 1 Segmen Sungai Cisangkuy untuk studi MST
No.
1
2
3
Tabel 1 Lokasi titik sampling di Sungai Cisangkuy
Koordinat
Lokasi
X0
Y0
Pangalengan
107.563171
-7.050070
Banjaran
107.597525
-7.018160
Andir Katapang
107.620271
-6.991218
Berikut pada Gambar 2 adalah skema metodologi penelitan Microbiological Source
Tracking ini.
3
Microbiological Source Tracking di Sungai Cisangkuy
IDENTIFIKASI MASALAH
Bagaimana pola sebaran
Escherichia coli di Sungai
Cisangkuy, Citepus, Ciwidey, dan
Cibiuk dan korelasinya dengan
karakteristik kimia-fisika sungai?
Bagaimana komposisi sumber
pencemar Escherichia coli di
Sungai Cisangkuy
PENGUMPULAN DATA
Data Primer:
Data profil resistensi Escherichia
coli; Data kualitas kimia-fisikamikrobiologi air sungai yang diteliti
Data Sekunder:
Data tata guna lahan; Data kondisi
sanitasi dan infrastruktur limbah
cair
METODOLOGI
Pengukuran suhu, pH, DO, COD,
Nitrogen, Fosfat, JPT
Antibiotic Resistance Analysis
ANALISIS STATISTIK
Regresi Logistik
KESIMPULAN
1. Komposisi sumber pencemar Escherichia coli di Sungai Cisangkuy
2. Pola sebaran Escherichia coli di Sungai Cisangkuy korelasinya dengan karakteristik kimiafisika sungai.
Gambar 2 Skema metodologi penelitian
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Profil Sebaran Eschericia coli
Pemeriksaan bakteriologis dilakukan dengan metode Jumlah Perkiraan Terdekat (JPT)
yang meliputi tiga tahap, uji pendugaan, konfirmasi, dan kelengkapan. Hasil positif pada uji
pendugaan berupa perubahan warna kaldu laktosa yang diberi indicator BCP menjadi kuning
dan timbulnya gelembung pada tabung Durham. Jumlah tabung positif dikonversikan ke
dalam jumlah Coliform total per 100 ml air. Hasil positif pada uji ini diinokulasikan pada
agar EMB-Levine dalam tahap uji konfirmasi. Koloni berwarna gelap dengan kilat hijau
metalik menunjukkan hasil positif untuk E. coli. Hasil positif ini diinokulasikan ke kaldu EC
dan diinkubasi pada temperature 44,50 C sebagai tahap uji kelengkapan. Hasil positif pada
EC berupa gelembung pada tabung Durham yang menunjukkan jumlah Coli fecal.
3000
1200
2500
1000
2000
800
1500
600
1000
400
500
200
0
Fecal coli (/100mL)
Total coliform (/100mL)
Gambar 3 menunjukkan hasil pengukuran Coliform total dan Coli fecal pada Sungai
Cisangkuy.
0
Pangalengan
Banjaran
Andir Katapang
Total Coliform
Fecal coli
Gambar 3 Pengukuran parameter mikrobiologi Sungai Cisangkuy
Jumlah Coliform dan fecal coli pada Sungai Cisangkuy, naik dari titik Pangalengan ke
Banjaran dan mencapai jumlah paling besar di sini, namun kembali turun di Andir Katapang.
Hal ini dapat dipengaruhi oleh perubahan tata guna lahan dari pertanian menjadi pemukiman
di segmen Andir Katapang dengan cakupan sanitasi sebesar 47%.
Kualitas Kimia-Fisika Air Sungai
Parameter yang langsung diukur di lapangan adalah pH, temperatur, dan dissolved
oxygen (DO). Pengambilan sampel dilakukan pada saat hari cerah dan kondisi badan air
normal. Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada titik dengan temperatur yang tinggi
cenderung memiliki DO yang lebih rendah. Penurunan nilai DO dapat dikaitkan dengan
proses self purification badan air, terlihat pada segmen Banjaran, saat DO turun jumlah
coliform terlihat paling tinggi.
5
8
8
6
6
4
4
2
2
0
pH
10
DO (mg/L)
10
0
Pangalengan Banjaran
DO
Andir
Katapang
pH
(a)
Temperatur
27,6
27,4
27,2
27
26,8
26,6
Pangalengan Banjaran
Andir
Katapang
Temperatur
(b)
Gambar 4 Pengukuran parameter (a) pH dan DO, serta (b) Temperatur di Sungai
Cisangkuy
Konsentrasi Nittrit (mg/L)
Hasil pengukuran parameter nitrit di Sungai Cisangkuy dapat dilihat di Gambar 5.
Terdapat fluktuasi nilai nitrit dari segmen Pangalengan hingga Andir Katapang dipengaruhi
oleh industri tekstil yang mulai terdapat mulai dari segmen Banjaran dan segmen Andir
Katapang.
0,05
0,045
0,04
0,035
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0
Pangalengan
Banjaran
Andir Katapang
Gambar 5 Pengukuran parameter Nitrit di Sungai Cisangkuy
6
Hasil pengukuran amonia dan fosfat terlihat pada Gambar 6. Konsentrasi ammonia
dan fosfat pada segmen Andir Katapang merupakan akibat limpasan limbah domestik oleh
penghuni pemukiman yang dominan di daerah ini.
0,035
Konsentrasi Amonia (mg/L)
0,04
0,03
0,035
0,025
0,03
0,025
0,02
0,02
0,015
0,015
0,01
0,01
0,005
0,005
0
Konsentrasi Fosfat (mg/L)
0,045
0
Pangalengan
Banjaran
Amonia
Andir Katapang
Fosfat
Gambar 6 Pengukuran parameter Amonia dan Fosfat di Sungai Cisangkuy
Antibiotic Resistance Analysis Bakteri Eschericia coli di Sungai Cisangkuy
Pelaksanaan metode ARA membutuhkan profil isolate dari sumber yang sudah
diketahui atau data library. Library yang digunakan bersumber dari penelitian Kusumah
(2012) yang melakukan studi MST untuk kawasan Sungai Citarum Hulu. Penelitian ini
menghasilkan persamaan regresi logistik untuk menentukan probabilitas sumber pencemar
fekal sebagai berikut pada Tabel 3.
Tabel 3 Persamaan regresi logistik untuk menentukan probabailitas sumber pencemar
(Sumber: Kusumah, 2012)
No. Sumber Pencemar
Persamaan Regresi Logistik
1
Ayam
y=-19,403 + 39,64(T) – 20,459(C2) – 1,723(S)
2
Kambing
y=0,916 + 20,287(S) – 22,119(C)
3
Sapi
y=-22,589 +1,386(S) + 20,717(C)
4
Manusia
y=21,203 – 22,812(T)
Dari penghitungan ini, didapatkan angka probabilitas sumber Eschericia coli dari tiap
isolat. Tiap segmen memiliki lima isolat yang masing-masing diuji duplo, sehingga dapat
dihitung proporsi sumber Eschericia coli tersebut dengan hasil terlihat pada Gambar 7.
7
Feses
Manusia
10%
Feses
Ayam
10%
Feses
Manusia
20%
Feses
Kambing
20%
Feses
Kambing
20%
Feses Sapi
60%
Feses Sapi
60%
(a)
(b)
Feses
Kambing
10%
Feses
Manusia
30%
Feses Sapi
60%
(c)
Gambar 7 Prediksi sumber Escherichia coli (a) Pangalengan, (b) Banjaran, (c) Andir
Katapang
Secara keseluruhan, pada tiap segmen Escherichia coli yang bersumber dari feses sapi
lebih dominan. Hasil ini sejalan dengan jumlah peternakan sapi yang cukup besar pada
daerah ini.yaitu 16.116 unit (Dinas Peternakan Kabupaten Bandung, 2008). Penanganan
limbah ternak sapi pada daerah aliran sungai Cisangkuy dapet diprioritaskan.
KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
Escherichia coli dari feses sapi dominan pada semua segmen di Sungai Cisangkuy,
yang dapat dipengaruhi oleh jumlah ternak, kondisi peternakan, dan kedaaan sarana
pengolah limbah ternak.
 Disarankan bagi daerah sekitar aliran Sungai Cisangkuy untuk melakukan
pemantauan dan perbaikan terhadap kondisi peternakan setempat.

DAFTAR PUSTAKA
Bitton, Gabriel. (2005). Microbial Indicators of Fecal Contamination: Application to
Microbial Source Tracking. Department of Environmental Engineering Sciences
University of Florida.
EPA. (2002). Wastewater Technology Factsheet: Bacterial Source Tracking Washington.
Tersedia di: http://www.epa.gov/owm/mtbfact.htm
EPA. (2005). Microbial Source Tracking Guide Document. US Environmental Protection
Agency Office of Research and Development Cincinnati, OH.
8
Kusumah, Siska Widya Dewi. (2012). Microbiological Source Tracking Bakteri Salmonella
sp. Dan Escherichia coli dengan Metode Antibiotic Resistance Analysis di Sungai
Citarum Hulu. Program Studi Teknik Lingkungan. Institut Teknologi Bandung
Shank, O.C. (2005). Microbial Source Tracking: Current Technology and Future Direction.
Applied and Environmental Microbiology. Des 2002. Vol. 68 No.12 Hal 5796-5803.
Stoeckel, D. M. (2005). Selection and Application of Microbial Source Tracking Tools for
Water-Quality Investigations. Collection of Environmental Data. USGS.
Stoeckel, D. M., Harwood, V.J. (2007). Performance, Design, and Analysis in Microbial
Source tracking Studies. Applied and Environmental Microbiology, 8: 2405-2415.
9